JPH0364097A

JPH0364097A - ヒート・シンク基板

Info

Publication number: JPH0364097A
Application number: JP2150112A
Authority: JP
Inventors: Robert D Levasseur; ロバート・ダニエル・レバセアー; Stephen A Mckeown; ステファン・アーサー・マックケオン
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1989-06-12
Filing date: 1990-06-11
Publication date: 1991-03-19
Also published as: IL94629A0; EP0403208A1; US4963414A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】この発明は大電力密度で実装密度の高い形式で、印刷配
線板及び関連する集積回路装置を支持する改良された基
板に関する。

発明の背景現在の傾向は、−層重さい場所の中により多くの電子回
路を詰込もうとするものである。実装又は詰込み密度が
大きくなると、電力密度も一層高くなり、その結果より
多くの熱が発生される。更に、多くの用途では、電子回
路は高くて大幅に変化する温度の厳しい環境にさらされ
る。従って、集積回路パッケージの温度管理は、半導体
装置の接合の温度上昇を制限すると共に、パッケージ要
素の熱膨張の不釣合を避ける両方の為に、何よりも重要
である。接合温度が高くなり過ぎると、半導体装置の信
頼性及び使用寿命が脅かされる。熱膨張係数の不釣合に
より、はんだ接続部の破損と共に、基板及び印刷配線板
の剥離及びひｙ割れが起ることがある。はんだ接続部の
破損は、その場所の利用効率が一層よい為に、今日広く
用いられているリード線のない、面で取付けるセラミッ
ク・チップ支持体の場合、特に痛切である。この為、旨
く温度管理するには、電子回路にヒート・シンクを設け
て、熱を効率よく運び去ると共に、適当に釣合った熱膨
張係数を持つパッケージ材料を選択することが必要であ
る。都合の悪いことに、最も効率のよいヒート・シンク
材料は、銅及びアルミニウムの様に熱伝導度の高い金属
であり、その熱膨張係数は典型的なセラミック・チップ
支持体の何倍にもなる。

電子回路パッケージの１つの温度管理方式は、インパー
ル、コバール及びモリブデンの様な熱膨張係数（ＣＴＥ
）の小さい金属を使うことである。

典型的にはこの様にＣＴＨの小さい金属を銅の表板で被
覆し、パッケージ基板の１つ又は更に多くのコア層とし
て用いる。この様なＣＴＨの小さい材料は有効なＣＴＥ
管理が出来るが、その伝熱特性は銅及びアルミニウム程
良好ではなく、かなり重量の点で不利である。

有効なＣＴＥ管理及びヒート・シンク作用の両方に対処
する為、米国特許第４，７１１，８０４号には、アルミ
ニウム又は銅の熱伝導度の高いコアのセラミック・チッ
プ支持体の場所に孔をあけて、例えばインパールの様な
ＣＴＥの小さい金属挿着体を受入れる様にした配線板構
造が記載されている。

集積回路パッケージの別の温度管理方式は、ＣＴＥ管理
の為、基板のコアに繊維補強樹脂を使うことである。デ
ュポン社のケブラー・アラミドは、ＣＴＥが極めて小さ
い点で、繊維材料として強く進められているものである
。米国特許第４．３１８．９５４号には、印刷配線板基
板に黒鉛フィラメント補強エポキシ樹脂を使うことが記
載されている。米国特許第４．６０９，５８６号には、
ＣＴＥ管理及び熱散逸の為、アルミニウム、銅又はマグ
ネシウムの様な金属の黒鉛繊維で補強したマトリクスで
構成される印刷配線板積層体が記載されている。

防衛用電子機器及び航空機の様なある用途では、集積回
路パッケージ技術はこの他の並外れた、いろいろ変った
要求が加えられている。寸法と重量が決め手になる。Ｃ
ＴＥの小さい金属は重量の制約があり、ある航空用では
それを受入れることが出来ない。機械的な強度及び剛性
も同様に重要である。その為、重量が過大になるのを避
けながら、強度及び堅牢性を高める為に、多重層からな
る複合材料の基板が使われている。当然予想される様に
、特殊な材料を使う複合基板構造は、製造、処理及び材
料費の観点から高価につく。

従って、この発明の目的は、改良された集積回路パッケ
ージ基板を提供することである。

別の目的は、上に述べた性格であって、その膨張温度係
数がセラミック・チップ支持体とよく釣合う様な集積回
路パッケージ基板を提供することである。

別の目的は、上に述べた性格であって、その上に支持さ
れる半導体装置から効率よく熱エネルギを運び去る様な
高い熱伝導度を持つ集積回路パッケージ基板を提供する
ことである。

別の目的は、上に述べた性格であって、機械的な強度が
優れた集積回路パッケージ基板を提供することである。

別の目的は、上に述べた性格であって、悪い環境でも実
装の高い印刷配線板を安全に且つ確実に支持することが
出来る集積回路パッケージ基板を提供することである。

別の目的は、上に述べた性格であって、重量及び場所の
厳しい条件を満たすことの出来る集積回路パッケージ基
板を提供することである。

別の目的は、上に述べた性格であって、製造が便利で低
置に出来ると共に、長い使用寿命にわたって信頼性のあ
る集積回路パッケージ基板を提供することである。

この発明のその他の目的は一部分は明らかであろうし、
一部分は以下の説明から明らかになろう。

発明の要約この発明では、面で取付ける電子装置パッケージに対す
るヒート・シンク基板として、半導体装置のパッケージ
及び相互接続回路で有効な温度管理が出来る様な改良さ
れたヒート・シンク基板を提供する。基板は、頑丈な固
体黒鉛で構成されたコアを持ち、この固体の中では、六
方晶黒鉛晶子（ｈｏｘａｇｏｎａｌ　ｇｒａｐｈｌｔ！
ｃ　ｃｒｙｓｔａｌｌｌｔｅｓ）がピッチによって結着
されており、これに対して銅で被覆したモリブデンの様
な熱膨張係数（ＣＴＥ）の小さい金属の表板が積層され
ている。こう云う表板が黒鉛のコアと組合さって、基板
に高い撓み剛性を持たせる。基板のＣＴＥは、銅とモリ
ブデンとの比を調節することによって、用途に合せて調
整することが出来るが、５乃至７ｐｐｍ／Ｃの範囲内の
ＣＴＥが得られる様に選ぶことが出来る。こう云う値が
、面で取付けが出来るリード線なしのセラミック・チッ
プ支持体のＣＴＥとよく釣合う。

極端な温度サイクルの環境条件のもとで熱的に誘起され
る機械的な応力によるはんだ接続部の破損が、この構造
によって避けられる。

コア及び表板の両方の材料の熱伝導度が高いから、基板
は有効なヒート・シンクとなって、原子パッケージ内の
熱を散逸する装置から熱エネルギを効率よく抽出するこ
とが出来る。黒鉛のコアはその熱的なコンダクタンス及
び強度に較べて軽量である為、この結果得られる基板は
場所及び重量の厳しい条件を満たすことが出来る。この
発明の基板は容易に入手し得るコストの安い材料から経
済的に製造することが出来、従って、実装が密な集積回
路のパッケージに対する低置な温度管理方式となる。

この発明の性質並びに目的が十分理解される様に、次に
図面について説明する。

発明の詳細な説明第１図は電子回路シャーシ１の斜視図であり、何れもこ
の発明のヒート・シンク基板６（第２図及び第３図に示
す）を持つ電子モジュール２が取付けられている。図示
のシャーシは航空機用であり、電子モジュールによって
発生される熱を運び去る様に設計された冷却手段を含ん
でいる。各々のモジュールは、複数個の面で取付ける電
子装置パッケージ５を担持する１対の印刷配線板４（第
２図に示す様な）を有する。夫々１対の印刷配線板が１
個のヒート・シンク基板６に担持されている。第１図で
は、シャーシ１のカバーを取外して中にある電子モジュ
ールを示す状態が示されており、この図はシャーシから
途中まで取出した１つの電子モジュール２も示している
。

航空機用電子装置で普通そうである様に、シャーシはそ
れ自体が着脱自在のパッケージであり、シャーシをラッ
ク（図面に示してない）から取外すことが出来る様にす
る把手７を左右に持っている。ジャージをラックの所定
位置に保持する為の結合部材が部分的に８で示されてい
る。図示の実施例では、シャーシに対する電気接続が、
シャーシの前側に隔て＼設けられた円形コネクタ９によ
って行なわれる。ラックにあるボート（図面に示してな
い）により強制空冷が行なわれる。こう云うボートがシ
ャーシの裏側では、シャーシの側壁の中を後から前へ伸
びるダクトに接続されている。

冷却空気は、側壁のダクトを通過する時、側壁１０と熱
的に良好に接触している電子モジュールから熱を吸収し
、その後前側ボート１１から出で行き、シャーシから熱
を運び去る。

モジュールの構成は第２図に一番よく示されている。中
央に配置されたヒート・シンク基板６は、コア２３、対
の導電性表板１３．１４．１５及び内側の結合層２４で
構成されており、図面ではそれを組立てた状態が示され
ている。印刷配線板４が、第２の結合層２２によってヒ
ート・シンク基板６に結合された状態が示されている。

印刷配線板４は上面に導体ラン２５を有し、これに対し
てリード線なしの面で取付ける電子装置パッケージ５が
電気的に接続される。印刷配線板に対するパッケージ５
の取付けははんだ付け（２７に示す）によって行なわれ
る。印刷配線板と装置５の間に直接的にある領域は、は
んだレジスト２６で途中まで埋められている。

熱はパッケージ５から次に述べる通路に沿って基板６に
流れ、その後シャーシの冷却用側壁へ流れる。パッケー
ジ５と印刷配線板４の間のはんだ接続部及び物理的な通
路（即ち、レジスト）が、パッケージ内で発生された熱
をパッケージから印刷配線板へ運ぶ手段になる。この通
路は印刷配線板の中を通ってヒート・シンク基板６まで
続く。

−旦熱がヒート・シンク基板に入ると、コア及び表板が
この熱をヒート・シンクのニッケルめっきの端面１６に
伝導する。これらの端面ばシャーシの側壁に設けた溝孔
に挿入されることによって冷却される。

従って、ヒート・シンクロが、各々のモジュールが数多
く持っている個々の電子パッケージ５で発生された熱を
集める。この様な熱が種々の中間層の小さい厚さ寸法を
通って基板の平坦な面に入り、その熱を基板の平面内に
ある大きな横寸法にわたって、冷却作用が行なわれる電
子回路シャーシの側壁１０へ伝える。

モジュールのヒート・シンク基板は、上に述べた熱伝達
機能を行なう様に最適にしである。基板のコア２３は良
好な横方向の熱伝導特性を持つ固体黒鉛であり、２つの
表板１３，１４．１５はやはり良好な熱伝導特性を持つ
銅−モリブデンー銅である。シャーシの冷却壁との熱的
な接触が行なわれる基板の両側にある銅板１３の周辺の
ニッケルめっきは、冷却用側壁に対する熱インピーダン
スの小さい通路を保証する。

結合部２２．２４を形成する際の注意を払うことにより
、銅層１３，１５までの結合部を通る熱的な連続性が保
証される。コア２３と銅板１５の間の西側の結合部２４
は、アラミド補強エポキシ樹脂であり、これは後で更に
詳しく説明する。板１５の露出した銅面ば、取付は領域
でエツチングして、２４に対する良好な結合を容易にす
る為に、黒色又は褐色の酸化物を形成する。

同様に、板１３は、印刷配線板４に対する良好な結合部
を容易に得られる様にする為にエツチングしである。印
刷配線板は、典型的にはケブラ・エポキシで作られるが
、熱膨張係数（ＣＴＥ）が約７又は１ｌｌｐｌ）ｆｆｌ
／’Ｃである。基板に対する印刷配線板のＣＴＥの釣合
いの精度に応じて、印刷配線板４を基板の酸化鋼層１３
に結合する為に硬質又は軟質接着剤を使うことが出来る
。アーロン・シリコーン・テクノロジー・デイビジョン
から入手し得る「サーマボンド」は、７乃至ｓｐｐｍ／
’ｃのＣＴＥを持つケブラ・エポキシの印刷配線板に使
うのに適した柔軟な熱伝導性の接着剤である。最終的な
結合部を形成するのに硬化を必要とする様な、Ｂステー
ジ（段階）にあるゴム状材料がこれらの板に利用し得る
。

溝孔つきの璧１０と基板のニッケルめっき領域１６との
良好な熱的な接触を保証する手段が、第１図及び第３図
に一番よく示されている。

モジュールは、ヒート・シンクの各々の側にある１つの
ニッケルめっき面１６を、シャーシの側壁１０に各々の
モジュールに対して形成された溝孔の側面と圧接係合さ
せる様に設計されたカム機構（１７乃至２１′）を備え
ている。カム機構は、１つのニッケルめっき面で基板に
取付けられた上側及び下側枢軸部１８．１９によって支
持される回転軸１７で構成される。軸１７が回転してカ
ム２０を締付ける。カム機構は、シャーシの側壁にある
溝孔にはまると共に、カムの位置に応じてきつく又は緩
くはまる様に設計されている。押倒した位置に示した作
動てこ２１により、軸が回転させられる。カム機構自体
はこの発明の内容ではなく、これは米国特許第４，１５
７．５９３号に記載されている。

作動てこ２１を垂直の姿勢に立てると、自由に回転出来
る。てこの回転により、軸１７、並びにそれと共にカム
２０が回転する。カム２０がモジュール挿入又は取出し
位置にある時、カムが基板に対して引込められ、モジュ
ールと溝孔との係合が緩む。カムを締めると、カム２０
が溝孔の一方の壁に圧接し、その圧力によって基板のニ
ッケルめっき面１６が溝孔の他方の壁と強制的に係合さ
せられる。カムを締めた時の係合が確実であり、基板と
シャーシの冷却された壁との間の熱接触が良好になる。

前に述べた様に、基板材料は堅固な黒鉛のコア２３と、
コアの向い合う平面状の面の各々にケブラ／エポキシ含
浸結合層によって取付けられた銅−モリブデンー銅の表
板１３，１４．１５とを含む。コア及び表板の性質につ
いて更に説明する。

黒鉛のコア２３は、普通「工業用黒鉛」と呼ばれる堅固
で密度の低い、熱膨張係数の小さい材料である。

工業用黒鉛は、基板に使うのに適した厚さでは、実質的
な強度は引張り強さが約８，０００ｋＮ／ｒｒｒ（アル
ミニウムの１／３２）　　撓み強さが１８゜０００　ｋ
Ｎ／ｒｄ”、圧縮強さが３１．　０００ｋＮ／ｒｒｒ（
ダクラス社のファーウッドと比肩し得る）であり、ヤン
グ率が１３．　５ＧＮ／ｒｒｒ　（アルミニウムの１７
５）である。工業用黒鉛は見かけの密度が約１．７ｇ／
ｃｃと小さく、孔度が２２％である。この材料は熱膨張
係数がＯ１δｐｐｍ　／’Ｃ（４，２ｐｐｍ／℃である
シリコンに較べて約１７７）と小さく、熱の流れの方向
の熱伝導度が２１６Ｗ／ｍ／℃（純粋なアルミニウムと
略等しい）と高い。

工業用黒鉛は、この他にも、不活性の耐火材料であって
コストが安いと云う望ましい物理的な性質を持っている
。主な用途は、金属を溶融状態に還元する炉に使うるつ
ぼである。この材料は２゜７００℃と云う高い温度まで
、剛性を保つが、５００℃より高い温度では、酸化雰囲
気内で徐々に酸化する。これが工業的に広く使われてい
て、コストの安い原料とし利用出来る為、工業用黒鉛は
安いコストで大量に利用し得る。

二＼で取上げる様な用途に適した黒鉛のコアは、ノース
・キャロライナ州のモルガナイト・インコーポレーテッ
ト社から「Ｃ８級黒鉛」と云う名称で人手し得る。この
材料は「カーボン・プレート」とも呼ばれる。

この発明で使われる黒鉛のコア材料は合成黒鉛で構成さ
れ、これに対して、堅固な密度の小さい固体を作る為に
、ピッチ結合剤が添加されている。

合成黒鉛は分解過程によって石油生成で残る固体残渣で
ある石油コークスから形成される。

黒鉛は炭素の同素体である。この同素体は六方晶結晶系
であって、炭素が小板として発生し、それらが集ってシ
ート状の層又は「葉片状」の塊を形成する。黒鉛は触る
と柔かくて脂っぽく、潤滑剤として使われる。石油コー
クスから形成することが出来る黒鉛潤滑剤は実質的に純
粋な炭素であり、もとの石油コークスからのこの他の炭
化水素残渣を実質的に何等持たない。

この発明で使う様な種類の工業用黒鉛は、石油コークス
から誘導した合成黒鉛とコールタールから誘導したピッ
チとの組合せを焼結することによって形成される。軟質
石炭は７０乃至８０％の固定炭素と３０乃至２０％の揮
発性物質とを含む。

軟質炭素を閉じたレトルト内で加熱すると、揮発性物質
がガス並びにコールタールとして追出される。コールタ
ールが相次ぐ分解蒸留段階にかけられる時、コールター
ルが一連の物質を生成する。

ピッチはコールタールの約５５％を表わす３５０℃に於
ける残渣である。（それより前の低温残漬かコールター
ルの４５％を表わし、１．．２００℃に於けるレトルト
の最終的な炭素残渣はコールタールの１７％を表わす。

）焼結によって工業用黒鉛を調製する時、コールタール・
ピッチからの炭化水素残渣が部分的に揮発するが、一部
分が、主成分である黒鉛の結合剤として残る様な３５０
℃より高いが５００℃未満のある温度（これは別の発明
に属する温度である）に達する。この結果得られる塊は
多孔質（２２％）であり、六方晶の小板又は晶子が、モ
ノリシックの固体結晶に於けるよりも一層不規則に分布
した向きで、結合剤中の固定されている。この材料は典
型的な結晶粒寸法が０．７５１１１１１であり、完成さ
れた材料は、熱伝導度が優先方向を持つ結晶粒の配向を
有する様に製造することが出来る。（利用し得る１つの
材料では、結晶粒の方向の熱伝導度は２１６Ｗ／ｍ／’
Ｃであるが、結晶粒を横切る方向は僅か１２３Ｗ／ｍ／
’Ｃである。）黒鉛が多孔質であることは、材料を焼結
し、ピッチ結合剤が更に揮発する時に出来る空所に帰因
するものと考えることが出来る。最終的な材料内の小板
の間の内部の接着は、−層高い温度の炭化水素残渣の結
合作用によるものである。このコア材料は、六方晶黒鉛
の晶子をピッチによって結着した堅固な固体黒鉛と特徴
づけることが出来る。

実施例で使う為に、熱伝導度を最大にする黒鉛のコアの
「結晶粒の配向」は、コアの平面内にあるべきであり、
熱交換面１６を担持する基板の両端の間の方向にあるべ
きである。

この発明のコア材料に用いられる形式の黒鉛は、「繊維
状」黒鉛と区別することが出来る。繊維状黒鉛では、六
方晶の晶子が炭素分子間の結合によって相互接続される
。「繊維状」黒鉛では、繊維は高い引張り強さを有する
が、個別には可撓性のま＼である。繊維状黒鉛は、エポ
キシの様な堅固な塊の中に補強繊維として含めることに
より、堅固な固体を形成する為に使うことが出来る。繊
維状黒鉛のコストは工業用黒鉛より何倍も高く、その結
果得られる製品は比較してずっと高い。

接着剤２４が黒鉛のコアを次の様にして表板に結合する
。黒鉛のコアは、削摩、洗浄及び乾燥により、表板に結
合する様に用意される。表板は、コアとの結合部を形成
する領域を、黒色又は褐色酸化銅を形成する普通の酸化
剤を用いて処理される。印刷妃線板４に結合白米る様に
外側銅層１３が処理されるのと同様に、内側銅層１５に
酸化物が形成される。

酸化鋼及び調製された黒鉛のコアの両方によく結合する
適当な接着剤は、前に述べたアラミド繊維補強エポキシ
の様な８２層体である。この様な１つの積層体がカリフ
ォルニアのアーロン・エレクトロニクス・サブストレー
ツ・デイビジョンから製品番号Ｈ１−４０９３のエポキ
シ／ケブラ・チップ支持体積層体の商品名で人手し得る
。（銅層を持たない）生の積層体のＣＴＥは約６ｐｐｍ
／’Ｃであり、硝子遷移温度は１２５℃である。積層体
は０．０７５ｍｍ及びそれより厚手のシート寸法のもの
が利用出来、エポキシを予め含浸したアラミド補強シー
トを含む。０．０７５１１１１の積層体の厚さがこの発
明に使うのに適している。デュポン社のケブラ４９アラ
ミドが補強用の適当な材料である。アラミド／エポキシ
積層体のＣＴＥは、表板のＣＴＥとよく釣合い、それに
対して満足な結合部を形成する。

表板は銅被覆モリブデン（ＣＣＭ）（即ち、銅−モリブ
デンー銅）のロール◆ボンド積層体で構成される。１３
（容積）％の０ＦＨＣ銅−７４％の純モリブデン−１３
％の０ＦＨＣ銅で構成された適当なＣＣＭ積層体が、Ａ
ＭＡＸスペシャルティ・メタルズ・コーポレーション社
から入手出来、約６、Ｏｐｐｍ／’ＣのＣＴＥを有する
。別の適当な積層体は２０％の０ＦＨＣ銅−６０％のモ
リブデン−２０％の０ＦＨＣ銅であり、これはＣＴＥが
約７．０ｐｐＩＩ／℃である。

銅被覆のモリブデンは、表板１３，１４．１５として使
うのに、他のＣＴＨの小さい金属よりも、熱伝導度及び
機械的な強度が優れていると云う利点がある。銅１３，
１５及びモリブデン１４の間の容積百分率の割合により
、基板の表板のＣＴＥを制御することが出来る。純粋な
モリブデンのＣＴ　Ｅ　ハ約５ｐＰｍ／℃であり、０Ｆ
ＨＣ銅（７）ＣＴＥは１６ｐｐｍ／℃より若干低い。従
って、ＣＴＥを約５乃至約１１　りＩ）Ｉｍ　／℃の範
囲で調節することが出来、５乃至７ｐｐｍ／℃の範囲に
実用的に最も関心がある。測定されたＣＴＥは、表板の
合計の厚さが０．２５＋ｌ１ｍから０．７５關に増加す
るにつれて、若干（０，７ｐｐｍ　／℃）低下する。Ｃ
ＣＭ積層体の表板が基板の容積の１５乃至４０％を構成
する。この実施例では、表板は０．２５ｍｍの厚さで使
われ、コアは典型的には２．５ｕ＋である。

黒鉛のコア及び表板の相対的な厚さを変えて、特定の用
途に対する所要の温度管理及び物理的な強度が得られる
様にする。厚さ０．２５關程度の２枚の表板（１３，１
４，１５）及び厚さ２．５ＩＩＩ１１程度の黒鉛のコア
２３を有する基板６のＣＴＥは６．Ｏｐｐ謹／℃であり
、熱伝導度は１７５Ｗ／ｍ　／　”Ｃであり、撓み弾性
率は９６　０Ｐａであり、６５０ｃｊまでのモジュール
に適している。

こ＼で説明した実施例は、１辺約１６．５ｍｍまでの面
で取付ける、はんだ結合のセラミック会パッケージ形電
気部品に対して満足であり、約６ｐｐｍ／℃の通常のＣ
ＴＥ　（アルミナの場合）を有する。これより大きい部
品の寸法は普通はリード線つきの装置であり、リード線
に可撓性があり、ＣＴＥの釣合いはそれ程問題ではない
。

以上の説明から、この発明のヒート・シンク基板６は、
セラミック電子装置パッケージのＣＴＥに対して有効に
釣合わせることが出来ることが理解されよう。この点で
、銅被覆モリブデンは、ＣＴＥが２３乃至２４ｐｐｍ／
℃である純粋なアルミニウム、又はＣＴＥが１１乃至１
２ｐｐ１ｍ／℃である硼素／アルミニウムに較べて、は
っきりと利点を有する。

更に、この発明の基板６はヒート・シンクとして極めて
有効である。銅被覆モリブデンの熱伝導度は１８９Ｗ／
ｍ／’Ｃであるが、黒鉛は熱源から基板の長さに沿って
交換面１６までの通路に於て２１６Ｗ／ｍ／℃と一層よ
く、基板の厚さにわたっては１２３Ｗ／ｍ／℃である。

従って、ヒート・シンク基板の熱伝導の品質は、純粋な
アルミニウムと略等しい。

この為、セラミック・支持体１６にカプセル封じされた
集積回路チップからヒート・シンク基板へ、その後シャ
ーシの壁にある熱交換面へと、熱エネルギが効率よく伝
達される。適当な設計にすると、ポピユレーションの大
きい大電力密度の用途で、接合の温度上昇を安全な値に
制限する効率のよいコストの安い手段が得られる。

有効なＣＴＥ管理及び優れた熱伝達特性が得られる他に
、黒鉛を基板のコア材料として使うことにより、重量が
かなり節約される。工業用黒鉛の密度は、銅被覆モリブ
デンの９．８３ｇ／ｃｃに較べて、僅か１．７２ｇ／ｃ
ｃであり、黒鉛のコアが基板の容積の大部分を構成する
。これは、基板のｆｆ１ｆｆｉを大幅に減少するもので
あり、これは非常に有利であり、航空機用では特にそう
である。しかも緊密に結合された表板が、悪環境で出会
う様な振動及び物理的な衝撃に耐えるのに必要な機械的
な強度を基板に持たせる。基板６のもう１つの利点は、
積層プレスを用いて製造し易いことである。

販売業者から人手出来る所望の寸法を持つ銅被覆モリブ
デンの表板１３，１４．１５を処理して、一方の面に薄
い黒色又は褐色酸化物被覆を持たせる。１つの表板は、
酸化物で被覆された面を上にして、適当なプレス治具内
に配置する。厚さ０゜０７５關のアラミド／エポキシ含
浸体の薄板をこの表板の上に置く。所望の寸法を持つ黒
鉛のコアを、前に述べた様なコアのある調製の後に、こ
の予備含浸シートの上に配置する。２枚目の０．０７５
ｍｍの予備含浸シートを黒鉛のコアの上に置き、その後
別の表板を、酸化物被覆を下にして配置する。

積層プレスは１７５℃の様な適当な温度に予熱する。プ
レス治具は適当な離型剤を用いて積層プレス内に配置す
る。プレスを作動して、例えば２゜２ｍｐａの適当なＳ
２層圧力をかける。プレスを加熱して、サンドイッチ形
の基板を１８℃／分の速度で、１６５℃の硬化温度まで
徐々に高める。この温度に４０分間おいて、予備含浸結
合部を正しく硬化させ、その後積層した基板を３８℃ま
で冷ます。圧力を解除し、基板を完成品として取出す。

基板に対する印刷配線板の取付けは、方法の同じ工程の
一部分として、又は別個の後の工程として、同様に行な
うことが出来る。典型的には、面で取付けるセラミック
電子パッケージは、ヒート・シンク基板に結合する前に
、印刷配線板にはんだ付けする。

温度サイクル、湿度及び振動の各試験により、以上説明
した電子パッケージの設計の健全さが確認された。こう
云う試験で、ヒート・シンク基板は破損の傾向が全くな
く、電子モジュールに用いた時、はんだ継手の寿命が長
くなった。

「電子装置パッケージ」と云う言葉は、トランジスタ、
個別回路及び集積回路の様な個別の装置のパッケージを
も含むものである。この発明の高性能の電子装置パッケ
ージは、約６ｐｐｍ／’ＣのＣＴＥを持つセラミックで
ある。これは大抵の半導体材料にとってＣＴＥの釣合い
がよい。基板の表板の銅とモリブデンの比を調節するこ
とにより、ヒート・シンク基板に対するＣＴＨの良好な
釣合いが容易に達成される。然し、「プラスチック」・
パッケージの様に、ＣＴＥが一層大きいこの他のパッケ
ージがある。この発明のヒート・シンク基板は、基板の
表板の銅とモリブデンの比を調節することにより、ＣＴ
Ｅが高いパッケージにも釣合う様に設計することが出来
る。

以上説明した所から、詳しい説明から明らかになった目
的も含めて、最初に述べた目的が効率よく達成されたこ
とが理解されよう。この発明の範囲内で、こ＼に説明し
た構造に柾々の変更を加えることが出来るから、以上説
明したことはこの発明を例示するものであって、制約す
るものと解してはならない。

【図面の簡単な説明】

第１図は複数個の熱を発生する電子モジュールを有する
航空機用のシャーシの斜視図で、１つのモジュールは途
中まで引出した状態を示してあり、各々のモジュールが
２つの印刷配線板を支持するのに役立つこの発明のヒー
ト・シンク基板を有し、基板はシャーシの壁の中を循環
する空気によって冷却される時、関連する印刷配線板で
発生された熱を運び去る。第２図は電子モジュールの一部分の断面図で、特にヒー
ト・シンク基板が関連する印刷配線板から熱を運び去る
手段を示している。第３図は電子モジュールの隅の斜視図で、特にシャーシ
の冷却される壁との緊密な接触によって、ヒート・シン
ク基板から熱を運び去る手段を示している。主な符号の説明１３゜４゜５二表板３コア

Claims

【特許請求の範囲】

１．面で取付ける電子装置パッケージに対するヒート・
シンク基板に於て、向い合った平面状の面を持っていて
、六方晶黒鉛晶子をピッチによって結合した堅固な固体黒
鉛で構成されるコアと、各々の平面状の面に接着した金属表板とを有し、各々の
表板はパッケージに適した熱膨張係数を有するヒート・
シンク基板。
２．前記コアがパッケージに適した熱膨張係数を持つ繊
維補強樹脂によって金属表板に接着されている請求項１
記載のヒート・シンク基板。
３．コアがアラミド補強エポキシ樹脂によって金属表板
に接着されている請求項２記載のヒート・シンク基板。
４．金属表板が夫々銅、モリブデン及び銅の結合層で形
成されている請求項２記載のヒート・シンク基板。
５．前記銅、モリブデン及び銅の表板の内の銅の板を酸
化して表板とコアの間の接着並びに露出した銅の板に対
する接着を容易にし、冷却器に対する熱伝導の為、露出した銅の板の両端に１
対の周縁金属層を設けた請求項４記載のヒート・シンク
基板。
６．１対の周縁金属層がニッケルである請求項５記載の
ヒート・シンク基板。
７．前記コアの晶子は、その表面と平行な平面内で最大
の熱伝導度を持つように配向されていて、前記周縁金属
層の間を伸びて冷却器に対する熱伝導を改善した請求項
５記載のヒート・シンク基板。
８．銅とモリブデンとの比が１５乃至４０容積％であっ
て、ＣＴＥが約６乃至７ｐｐｍ／℃となる様にし、パッ
ケージがセラミック・パッケージである請求項７記載の
ヒート・シンク基板。
９．コアが基板の容積の約８／１０であり、表板が基板
の容積の約２／１０であって、低重量で高強度の設計に
した請求項８記載のヒート・シンク基板。
１０．各々の表板に印刷配線板を結合した請求項４記載
のヒート・シンク基板。
１１．印刷配線板がパッケージに適した熱膨張係数を持
つアラミド補強エポキシ樹脂で作られている請求項１０
記載のヒート・シンク基板。
１２．前記銅、モリブデン及び銅の表板の銅の板を酸化
して、表板とコアの間の接着並びに印刷配線板と基板の
間の接着を容易にし、冷却器に対する熱接続の為、露出
した銅の板の両端に１対の周縁金属層を設けた請求項１
０記載のヒート・シンク基板。
１３．１対の周縁金属層がニッケルである請求項１２記
載のヒート・シンク基板。
１４．コアの晶子が表面と平行な平面内で最大の熱伝導
度を持つように配向されていて、周縁金属層の間を伸び
て、冷却器に対する熱伝導を改善した請求項１３記載の
ヒート・シンク基板。
１５．銅とモリブデンとの比が１５乃至４０容積％であ
って、ＣＴＥを約６乃至７ｐｐｍ／℃にし、パッケージ
がセラミック・パッケージである請求項１４記載のヒー
ト・シンク基板。
１６．前記コアが基板の容積の約８／１０であり、表板
が基板の容積の約２／１０であって、低重量で高強度の
設計にした請求項１５記載のヒート・シンク基板。
１７．面で取付ける電子装置パッケージに対するヒート
・シンク基板に於て、向い合う平面状の面を持っていて、六方晶黒鉛晶子をコ
ールタール・ピッチによって結合した堅固な固体黒鉛で
構成されたコアと、各々の平面状の面に接着した金属表板とを有し、各々の
表板は電子装置パッケージに適した熱膨張係数を持って
いるヒート・シンク基板。
１８．黒鉛の晶子が石油の分留によって得られる請求項
１７記載のヒート・シンク基板。
１９．コアが、コアの面と平行な平面内で熱伝導に有利
になる様な配向で、更に分留したコールタール・ピッチ
によって結合された粒状黒鉛晶子によって形成されてい
る請求項１８記載のヒート・シンク基板。